欒江峰 劉廣博 肖 軍 袁劍鋒

北京師范大學(xué)珠海分校 廣東珠海 519087

實(shí)驗(yàn)室與實(shí)訓(xùn)基地及平臺建設(shè)

工業(yè)設(shè)計(jì)跨學(xué)科實(shí)踐平臺建設(shè)及應(yīng)用研究

欒江峰 劉廣博 肖 軍 袁劍鋒

北京師范大學(xué)珠海分校 廣東珠海 519087

伴隨信息技術(shù)在制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用，工業(yè)設(shè)計(jì)理念與技術(shù)手段也在快速變化。以增強(qiáng)學(xué)生在新行業(yè)環(huán)境中的實(shí)踐能力為目標(biāo)，提出了一種模塊化的工業(yè)設(shè)計(jì)跨學(xué)科實(shí)踐平臺建設(shè)與應(yīng)用方案。硬件上建立了完備的自制造環(huán)境，將真實(shí)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程在平臺中濃縮復(fù)現(xiàn)，提高了學(xué)生的知識應(yīng)用與協(xié)同創(chuàng)新能力。軟件上通過平臺構(gòu)建推動(dòng)專業(yè)課程體系優(yōu)化與師資隊(duì)伍建設(shè)，在應(yīng)用型人才培養(yǎng)中發(fā)揮了重要作用。

工業(yè)設(shè)計(jì)；跨學(xué)科；實(shí)踐教學(xué)

進(jìn)入21世紀(jì)，世界主要發(fā)達(dá)國家陸續(xù)開展了“再工業(yè)化”的進(jìn)程。我國也于2015年正式發(fā)布《中國制造2025》作為工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的行動(dòng)綱領(lǐng)?？v觀各個(gè)國家的規(guī)劃，盡管表述不同，其核心思想均是制造業(yè)的智能化與網(wǎng)絡(luò)化，加快制造技術(shù)與信息技術(shù)的深度融合。設(shè)計(jì)是制造業(yè)的靈魂，制造業(yè)的變革必然會引起工業(yè)設(shè)計(jì)行業(yè)的改變，也會對工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)人才培養(yǎng)提出新的要求?，F(xiàn)階段，國內(nèi)高校眾多工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)對學(xué)生創(chuàng)意培養(yǎng)已經(jīng)比較成熟，各類專業(yè)競賽中涌現(xiàn)出了眾多的優(yōu)秀設(shè)計(jì)作品。但不論競賽抑或日常教學(xué)中的創(chuàng)意，最終轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的卻寥寥無幾。眾多創(chuàng)意、方案終結(jié)于圖紙，作品模型也多數(shù)停留在外形制作上，對功能和結(jié)構(gòu)缺乏深入的驗(yàn)證[1]。在此背景下，如何有效利用各種新興技術(shù)提高工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)人才的創(chuàng)新實(shí)踐能力、滿足信息化、智能化制造業(yè)對設(shè)計(jì)人才的需求，成為一個(gè)亟待解決的新問題。對此，本文提出了一種工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)跨學(xué)科實(shí)踐平臺的建設(shè)方案，對其在人才培養(yǎng)中的應(yīng)用方式與作用也進(jìn)行了初步的研究。

1 跨學(xué)科實(shí)踐平臺建設(shè)的必要性

1.1 學(xué)生利用各種新技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)活動(dòng)的必然要求

工業(yè)設(shè)計(jì)與制造業(yè)的發(fā)展密切相關(guān)，制造技術(shù)的進(jìn)步為工業(yè)設(shè)計(jì)提供了更多先進(jìn)的工具。目前，3D打印、智能硬件等新技術(shù)的蓬勃發(fā)展正為設(shè)計(jì)方法帶來一場新的變革：3D打印只需數(shù)小時(shí)即可將作品造型由虛擬轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)；各種先進(jìn)傳感器的出現(xiàn)可以讓設(shè)計(jì)者完成比以往更復(fù)雜、更完善的功能設(shè)計(jì)。在此形勢下，工業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)應(yīng)當(dāng)順應(yīng)時(shí)代發(fā)展，加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生對各種新技術(shù)的熟練運(yùn)用能力。而這種能力的培養(yǎng)，離不開相關(guān)軟、硬件平臺，離不開大量的儀器、工具和材料[2]。這種培養(yǎng)環(huán)境既無法在圖書館中建立，也無法在多媒體教室中建立，只能依靠跨學(xué)科的實(shí)踐教學(xué)平臺實(shí)現(xiàn)。

1.2 實(shí)現(xiàn)課程教育與行業(yè)需求無縫對接的必要保障

工業(yè)設(shè)計(jì)一直以來都被認(rèn)定為“應(yīng)用型”的學(xué)科，但是接受專業(yè)教育后的學(xué)生在工作中卻常被冠以“高分低能”的評價(jià)。造成此種局面的一個(gè)重要因素即學(xué)校教育與行業(yè)需求間沒有很好的銜接。工業(yè)設(shè)計(jì)真正的基礎(chǔ)不是外觀造型設(shè)計(jì)，而是用技術(shù)實(shí)現(xiàn)的能力。工業(yè)設(shè)計(jì)教育不能是脫離制造業(yè)的學(xué)院式教育[3]。課程中的實(shí)踐教學(xué)往往沒有將真實(shí)行業(yè)中的材料工藝、成本、市場等限制因素考慮其中，學(xué)生可以在很寬松的環(huán)境中自由發(fā)揮，對于設(shè)計(jì)能否轉(zhuǎn)換為實(shí)物缺乏基本的判斷能力。因此，在工業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)中需要構(gòu)建跨學(xué)科的實(shí)踐平臺，為學(xué)生提供完備的“自制造”環(huán)境，使其在動(dòng)手過程中深刻理解技術(shù)、材料及工藝對設(shè)計(jì)的影響，以縮小課程教育與行業(yè)實(shí)際需求之間的差距。

1.3 提升工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)生綜合素質(zhì)的重要手段

電子類產(chǎn)品設(shè)計(jì)是本學(xué)院工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的主要方向之一。智能化是該類產(chǎn)品的一個(gè)重要發(fā)展趨勢。除外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)外，功能設(shè)計(jì)是產(chǎn)品智能化過程中不可或缺的一部分。脫離功能需求的工業(yè)設(shè)計(jì)只能是紙上談兵，注定無法產(chǎn)生優(yōu)秀作品，也無法提高學(xué)生真正的設(shè)計(jì)能力?？鐚W(xué)科實(shí)踐平臺的建立可以為不同專業(yè)的學(xué)生提供思維碰撞、技術(shù)交流的場所。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)、學(xué)生項(xiàng)目等方式，將不同專業(yè)的學(xué)生聚集到跨學(xué)科實(shí)踐平臺中，共同研究解決工程問題，有利于學(xué)生把本專業(yè)知識應(yīng)用在其他學(xué)科領(lǐng)域，或從其他學(xué)科領(lǐng)域?qū)W習(xí)本專業(yè)需要的技能。如此，既拓寬了學(xué)生的知識面，實(shí)現(xiàn)了知識互補(bǔ)；又培養(yǎng)了學(xué)生在實(shí)際工作中分析、解決問題及相互協(xié)作的能力，有利于其綜合素質(zhì)的提高。

2 跨學(xué)科實(shí)踐平臺建設(shè)方案及應(yīng)用效果

跨學(xué)科實(shí)踐平臺的建設(shè)不是實(shí)驗(yàn)室硬件設(shè)備的簡單堆疊，還需將配套的師資隊(duì)伍、教學(xué)計(jì)劃、平臺應(yīng)用方式等加以統(tǒng)籌考慮，理順其在教學(xué)過程中的地位與作用，最大程度地發(fā)揮其在人才培養(yǎng)中的效力。結(jié)合本學(xué)院現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)及專業(yè)方向，構(gòu)建的跨學(xué)科實(shí)踐平臺如圖1所示。

圖1 工業(yè)設(shè)計(jì)跨學(xué)科實(shí)踐平臺的構(gòu)成

2.1 平臺硬件建設(shè)方案

2.1.1 創(chuàng)意設(shè)計(jì)

以“三創(chuàng)”實(shí)驗(yàn)室為核心為學(xué)生提供作品創(chuàng)意設(shè)計(jì)、創(chuàng)新制造方案設(shè)計(jì)及創(chuàng)業(yè)營銷設(shè)計(jì)的場所，培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)思考能力。

2.1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)實(shí)驗(yàn)室、金工實(shí)驗(yàn)室與數(shù)控加工(CNC)實(shí)驗(yàn)室，供學(xué)生完成作品的外觀、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)實(shí)驗(yàn)室提供Photoshop，Solidworks等設(shè)計(jì)軟件，負(fù)責(zé)作品的外觀設(shè)計(jì)、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及后期的產(chǎn)品手冊、宣傳海報(bào)等的設(shè)計(jì)。利用Solidworks軟件還可對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)的有效性與可行性。金工實(shí)驗(yàn)室提供各類鋸、鉗、尺等五金工具及電鉆、電烙鐵等電動(dòng)、焊接工具，用于完成簡單的外觀、結(jié)構(gòu)的制作。數(shù)控加工(CNC)實(shí)驗(yàn)室提供3D打印機(jī)、多軸數(shù)控加工設(shè)備，用于復(fù)雜機(jī)械零件、結(jié)構(gòu)的快速成型與精細(xì)加工。

2.1.3 功能設(shè)計(jì)

包括電子電路實(shí)驗(yàn)室、測控技術(shù)實(shí)驗(yàn)室以及嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室，用于產(chǎn)品的功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。3個(gè)實(shí)驗(yàn)室對應(yīng)的開發(fā)難度依次遞增，以應(yīng)對不同復(fù)雜程度的功能設(shè)計(jì)。電子電路實(shí)驗(yàn)室提供基本的電子元件與測量工具，主要針對低年級學(xué)生進(jìn)行簡單的電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)制作。只需具備基本的模擬、數(shù)字電子知識，即可實(shí)現(xiàn)一定的功能，對提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣具有積極作用。測控技術(shù)實(shí)驗(yàn)室主要提供基于開源平臺的Arduino控制器及相應(yīng)的各類傳感器，主要面向單片機(jī)基礎(chǔ)較薄弱的學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)意產(chǎn)品的開發(fā)。嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室以51和STM32微控制器為主要開發(fā)工具，用于較復(fù)雜的功能設(shè)計(jì)開發(fā)，學(xué)生可在此將課堂知識深化拓展，進(jìn)一步提升自身的專業(yè)技能。該實(shí)驗(yàn)室同時(shí)也承擔(dān)了為各類專業(yè)電子競賽培養(yǎng)、選拔人才的任務(wù)。

2.1.4 行業(yè)應(yīng)用

為加強(qiáng)專業(yè)教育與行業(yè)需求之間的聯(lián)系，專業(yè)結(jié)合本地區(qū)產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)，將與企業(yè)共建的行業(yè)實(shí)驗(yàn)室也納入實(shí)踐平臺，如生物醫(yī)學(xué)儀器實(shí)驗(yàn)室、機(jī)器人教育實(shí)驗(yàn)室等。每學(xué)期在實(shí)踐平臺中遴選優(yōu)秀學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，參與實(shí)際企業(yè)項(xiàng)目的開發(fā)。同時(shí)實(shí)踐平臺的作品也可通過該渠道接受企業(yè)考核，實(shí)現(xiàn)優(yōu)秀作品的成果轉(zhuǎn)化。

2.2 平臺軟件建設(shè)方案

2.2.1 課程體系配套建設(shè)

跨學(xué)科實(shí)踐平臺本質(zhì)上是為人才培養(yǎng)服務(wù)，平臺建設(shè)不能脫離專業(yè)的教學(xué)計(jì)劃，應(yīng)當(dāng)與課程緊密銜接，以平臺為工具，在課程教學(xué)中貫徹“實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品”的理念。實(shí)踐平臺各實(shí)驗(yàn)室與工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)課程間的對應(yīng)關(guān)系如圖2所示。

圖2 實(shí)驗(yàn)室、課程、能力培養(yǎng)間的對應(yīng)關(guān)系

通過平臺建設(shè)過程中統(tǒng)籌規(guī)劃，每個(gè)實(shí)驗(yàn)室均可作為相關(guān)課程的實(shí)踐教學(xué)場所。如此，平臺除課余時(shí)間為學(xué)生提供鞏固知識、提高能力的場所外，也能很好的融入課程教學(xué)，提高了平臺的使用效率。

2.2.2 指導(dǎo)教師隊(duì)伍建設(shè)

跨學(xué)科實(shí)踐平臺包含了作品從創(chuàng)意到成品的全流程，每一環(huán)節(jié)均需配備具有相應(yīng)學(xué)科背景的教師進(jìn)行指導(dǎo)，如此才能保證平臺的教學(xué)質(zhì)量。平臺師資隊(duì)伍主要由三部分組成：首先是工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)教師，負(fù)責(zé)對造型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)；其次是學(xué)院電子相關(guān)專業(yè)的教師，負(fù)責(zé)對功能設(shè)計(jì)、數(shù)控加工的指導(dǎo)；最后，聘請合作單位中經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師作為兼職教師，從行業(yè)實(shí)際需求的角度對學(xué)生進(jìn)行作品立意、技能鍛煉等方面的指導(dǎo)。

2.3 平臺應(yīng)用方式探索

2.3.1 與課程教學(xué)考核緊密結(jié)合

跨學(xué)科實(shí)踐平臺的使用豐富了課程教學(xué)手段，加強(qiáng)了課程之間的聯(lián)系。例如，在《計(jì)算機(jī)輔助三維設(shè)計(jì)》教學(xué)中，以往只能保存于計(jì)算機(jī)中的虛擬模型，通過平臺的快速成型設(shè)備可以轉(zhuǎn)化為實(shí)物。而通過電工學(xué)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可利用實(shí)踐平臺制作出具備一定功能的電路，將其與計(jì)算機(jī)輔助三維設(shè)計(jì)課程作品結(jié)合，即可完成一個(gè)作品的開發(fā)。通過這一過程，學(xué)生可從更宏觀的角度把握每一部分知識在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的作用，提升學(xué)習(xí)的目的性。此外，實(shí)踐平臺還為任課教師提供了新的考核方式，用提交實(shí)物作品的方式代替以往紙面考核，真正培養(yǎng)學(xué)生“學(xué)以致用”的能力。

2.3.2 與專業(yè)競賽緊密結(jié)合

除日常教學(xué)外，實(shí)踐平臺還提供了一個(gè)各級學(xué)生競賽選拔培訓(xùn)的場所。自建成以來，依托CAD實(shí)驗(yàn)室、測控技術(shù)實(shí)驗(yàn)室培訓(xùn)的選手，已在全國“高教杯”“藍(lán)橋杯”等信息建模、電子技術(shù)專業(yè)競賽中連年獲獎(jiǎng)。

2.3.3 與企業(yè)項(xiàng)目緊密結(jié)合

工業(yè)設(shè)計(jì)是一個(gè)應(yīng)用性很強(qiáng)的專業(yè)，跨學(xué)科實(shí)踐平臺建立的初衷也是為了提高學(xué)生的實(shí)際設(shè)計(jì)能力。因此利用校企共建實(shí)驗(yàn)室，將企業(yè)項(xiàng)目引入平臺，依托大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目、畢業(yè)設(shè)計(jì)等形式，使學(xué)生在學(xué)校教育階段即可接觸到真實(shí)的產(chǎn)品開發(fā)流程。在這一過程中，學(xué)生也可了解企業(yè)中不同崗位的職業(yè)能力需求，可根據(jù)自身的知識結(jié)構(gòu)與興趣進(jìn)行就業(yè)方向的選擇。如此既提升了學(xué)生的專業(yè)能力，又對學(xué)生就業(yè)乃至創(chuàng)業(yè)提供了有效的幫助，提升了應(yīng)用型人才培養(yǎng)的效果。

3 結(jié)語

在信息技術(shù)高速發(fā)展的時(shí)代下，高校設(shè)計(jì)教育除了要培育學(xué)生的創(chuàng)新精神，還應(yīng)注重各種創(chuàng)意的落地實(shí)現(xiàn)，培養(yǎng)學(xué)生在新行業(yè)環(huán)境中必備的實(shí)踐技能?？鐚W(xué)科實(shí)踐平臺的建設(shè)為該目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了一條途徑，其價(jià)值主要體現(xiàn)在：通過機(jī)械、電子、數(shù)控加工等實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建，為學(xué)生創(chuàng)意的實(shí)體化提供了堅(jiān)實(shí)的后盾。通過大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目、競賽培訓(xùn)、企業(yè)項(xiàng)目在平臺中的實(shí)施，拓寬了教學(xué)渠道，真正提升了學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。通過平臺中畢業(yè)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)的跨學(xué)科聯(lián)合指導(dǎo)，提升了工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)教師的工程技術(shù)素養(yǎng)，增強(qiáng)了指導(dǎo)作品時(shí)的嚴(yán)謹(jǐn)性與科學(xué)性。未來，若在教學(xué)計(jì)劃、教學(xué)管理、考評體系等方面繼續(xù)實(shí)施配套改革，跨學(xué)科實(shí)踐平臺在應(yīng)用型工業(yè)設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)中定能發(fā)揮更大的作用。

[1]吳青.創(chuàng)客式高職工業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)探究[J].輕工科技,2016(3):156-157.

[2]胡福文,徐宏海,張超英.基于創(chuàng)客文化的實(shí)驗(yàn)室開放平臺建設(shè)研究與探索[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2015,32(7):244-248.

[3]曾云鳳.工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)“藝工結(jié)合”教學(xué)模式研究[D].江南大學(xué),2013.

Research on Construction and Application of Interdisciplinary Practice Platform for Industry Design

Luan Jiangfeng, Liu Guangbo, Xiao Jun, Yuan Jianfeng
Beijing Normal University Zhuhai, Zhuhai, 519087, China

The design philosophy and methods in industry design are changing fast with the wide use of information technology in manufacture. Aiming to increase the pupillary practice faculty in the new industry environment, a kind of modularized interdisciplinary practice platform for industry design is explored. The complete self-make environment is established in which the real product design process can reappear on a small scale. By participating in these processes, the knowledge application and collaborative innovation abilities of students are improved. The curriculum system optimization and the teaching sta ff construction are also promoted during the platform establishment,which play an important role in the cultivation of applied talents for industry design.

industry design; interdisciplinary; practical teaching

欒江峰，博士，副教授。

廣東省高等教育教學(xué)研究和改革項(xiàng)目(一般類)(編號：2015322)。